(57)【要約】【課題】  ＮＦ３ガス使用時の石英部品エッチングを抑制することができ、メンテナンス事項の石英部品交換を不要にすることができ、メンテナンスコストを大幅に低減できる方法を提供する。【解決手段】  本発明は、石英製の基板処理室に基板を収容し、前記基板処理室に処理ガスを供給しつつ排気して、基板を処理する工程と、前記基板を前記基板処理室から取出した後、前記基板処理室に付着した前記処理ガスの少なくとも一部の成分を含む付着物を除去する工程とを有し、前記付着物除去工程では、弗素系ガスと石英エッチング抑制用ガスを混合してプラズマ放電して処理することを特徴とする半導体装置の製造方法である。【選択図】図２
2005353958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英製の基板処理室に基板を収容し、前記基板処理室に処理ガスを供給しつつ排気して
、基板を処理する工程と、前記基板を前記基板処理室から取出した後、前記基板処理室に
付着した前記処理ガスの少なくとも一部の成分を含む付着物を除去する工程とを有し、
前記付着物除去工程では、弗素系ガスと石英エッチング抑制用ガスを混合してプラズマ
放電して処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板処理室に設けられた石英製の基板載置台に基板を載置し、前記基板処理室に処理ガ
スを供給しつつ排気して、基板を処理する工程と、前記基板を前記基板載置台から取外し
て前記基板処理室から取出した後、前記処理ガスの少なくとも一分の成分が前記基板載置
台に付着した付着物を除去する工程とを有し、前記付着物除去工程では、弗素系ガスと石
英エッチング抑制用ガスを混合してプラズマ放電して処理することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体を用いて製造されているメモリは、半導体製造装置で半導体基板上に様々な薄膜
を成膜することによって製造されている。図１に一般的なメモリの構成図を示す。最上部
に上電極２１があり、その直下に電荷を溜める容量膜２２があり、その下地膜にＰｏＬｙ
−Ｓｉ膜で構成された下電極２３がある。
【０００３】
この下電極２３はそのままでは電極として機能しないため、この膜に燐（Ｐ）をドーピ
ング２４する方法がある。こうすることで、初めてＰｏｌｙ−Ｓｉ膜が電極として機能す
る。
【０００４】
この燐ドーピングを行う過程で使用されるガスは一般的にＰＨ３ガスが適用される。こ
のＰＨ３ガスをプラズマ処理装置の反応室内でプラズマ放電させると、ドーピング以外で
使われなかった燐、或は反応後に生成された燐化合物が反応室の内壁に付着する現象が起
きる。所謂副生成物が付着するわけだが、これをそのままにし継続してドーピング処理を
行うと、次第に反応室内壁に付着する燐、および燐化合物が多くなり、自重や衝撃によっ
て剥がれ落ちることになる。これが基板上に落下するとパーティクルとなり、半導体装置
の製造歩留まりを悪化させる原因になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
反応室内壁にある程度燐や燐化合物が付着した時点で燐、および燐化合物をクリーニン
グガスで反応させ反応室外へ排気する工程が必要になる。従来の技術ではプラズマ反応室
のクリーニングガスには、ハロゲン系ガスを用いている。中でもＮＦ３ガスを使用するの
が一般的である。これはＣＶＤ（化学気相成長）等で、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜
などの膜形成処理後の反応室内をクリーニングするガスとして利用されている。しかし、
反応室を構成する部品が石英で製作されたものに関しては、石英がシリコン酸化物なので
ＮＦ３ガスを流すと膜クリーニングと同時に石英がエッチングされることになる。これは
燐化合物をクリーニングする上でも同じことであり、このままでは使用に耐えられない。
そこで、ＮＦ３ガス使用時の石英部品エッチングを抑制することができ、メンテナンス事
項の石英部品交換を不要にすることができ、メンテナンスコストを大幅に低減できる方法
を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、石英製の基板処理室に基板を収容し、前記基板処理室に処理ガスを供給
しつつ排気して、基板を処理する工程と、前記基板を前記基板処理室から取出した後、前
記基板処理室に付着した前記処理ガスの少なくとも一部の成分を含む付着物を除去する工
程とを有し、前記付着物除去工程では、弗素系ガスと石英エッチング抑制用ガスを混合し
てプラズマ放電して処理することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
第２の発明は、第１の発明において、前記付着物除去工程では、少なくと基板処理室の
付着物除去を要する壁部分を５０℃以上に加熱することを特徴とする半導体装置の製造方
法である。
第３の発明は、第２の発明において、前記基板は基板処理室に設けられた基板載置台に
載置され、該基板載置台には加熱装置が内蔵され、該加熱装置により前記処理室の壁部分
を加熱する半導体装置の製造方法である。
第４の発明は、基板処理室に設けられた石英製の基板載置台に基板を載置し、前記基板
処理室に処理ガスを供給しつつ排気して、基板を処理する工程と、前記基板を前記基板載
置台から取外して前記基板処理室から取出した後、前記処理ガスの少なくとも一分の成分
が前記基板載置台に付着した付着物を除去する工程とを有し、前記付着物除去工程では、
弗素系ガスと石英エッチング抑制用ガスを混合してプラズマ放電して処理することを特徴
とする半導体装置の製造方法である。
第５の発明は、前記第４の発明において、前記基板載置台には加熱装置が内蔵され、前
記付着物除去工程では、前記加熱装置により基板載置台を５０℃以上に加熱することを特
徴とする半導体装置の製造方法である。
第６の発明は、前記第１の発明において、弗素系ガスとは、ＮＦ３またはＳＦ６であり
、石英エッチング抑制用ガスとはＮＨ３またはＨ２であることを特徴とする半導体装置の
製造方法である。
第７の発明は、前記第４の発明において、弗素系ガスとは、ＮＦ３またはＳＦ６であり
、石英エッチング抑制用ガスとはＮＨ３またはＨ２であることを特徴とする半導体装置の
製造方法である。
第８の発明は、前記第１の発明において、弗素系ガスとは、Ｆ２またはＨＦであり、石
英エッチング抑制用ガスとはＨ２Ｏであることを特徴とする半導体装置の製造方法である
。
第９の発明は、前記第４の発明において、弗素系ガスとは、Ｆ２またはＨＦであり、石
英エッチング抑制用ガスとはＨ２Ｏであることを特徴とする半導体装置の製造方法である
。
第１０の発明は、前記第６乃至９のいずれかの発明において、さらに窒素ガスを添加す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法を使用すれば、ＮＦ３ガス使用時の石英
部品エッチングを抑制することができ、反応管や石英サセプタの交換を極めて長寿命化す
ることができ、メンテナンスコストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
プラズマを利用した半導体装置は、プラズマの生成方式により数種類存在している。例
えば誘導結合型、容量結合型、サイクロトロン型、マグネトロン型等が存在するが、本発
明の半導体装置の製造方法を実施するためのプラズマ処理装置として、一例として、電界
と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ処理装置（以下、
ＭＭＴ装置という）を用いて説明する。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した反応室内に
基板を設置し、ガスシャワー板を介して基板処理ガスを反応室に導入し、反応室内にある
一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をか
けてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイ
クロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので、高密
度プラズマを生成できる。このプラズマにより成膜用ガスを励起分解させて化学的反応を
起こし、基板表面に薄膜を形成するものである。従来から多く使用されている容量結合型
プラズマ処理装置よりも高密度のプラズマが得られる。
図２にこのようなＭＭＴ装置の概略構成を示す。処理室７を構成する筒状の真空容器４
の上部にはガス導入管２が設けられ、真空容器４の筒外周中央部には、筒状の放電用電極
８が設けられている。また、真空容器４の筒外周上下部に、放電用電極８を挟むように、
リング状の永久磁石９（磁力線形成手段）が設けられている。真空容器４内の底部中央に
は、基板５を載置するサセプタ６が配置されている。そして、サセプタ６の周囲から真空
容器４の底部方向へ処理後のガスが流れるように真空容器４の底部にガス排気管１６が設
けられている。
放電用電極８にはインピーダンス整合器１１を介して高周波電力印加手段１０が接続さ
れている。また、サセプタ６は、真空容器４と絶縁されており、インピーダンス可変機構
１２を介して、およそ１００℃以上の加熱により容易に昇華するので、従って、石英だけ
が残ることになる。これにより石英をエッチング抑制し、かつ燐化合物をクリーニングす
る処理が可能になる。
クリーニング処理について説明する。クリーニング処理時に基板は処理室７に搬送しな
い。サセプタ６を所定温度に加熱したら、ガス導入管２からガス分散板１のガス分散孔３
を介して、クリーニング用ガスを処理室７内の基板５の表面に向けてシャワー状に供給す
る。同時に筒状の放電用電極８に高周波電力印加手段１０からインピーダンス整合器１１
を介して高周波電力を印加する。そうすると、永久磁石９の磁界の影響を受けてマグネト
ロン放電が発生し、サセプタ６の上方空間に放電で生じた電荷を補足して高密度プラズマ
が生成される。生成されたプラズマにより、処理室７の内壁に付着した燐化合物がクリー
ニングされる。なお、ここでも処理室７内のガス圧力、ガス導入管２より導入されるクリ
ーニング用ガスの流量と、ガス排気管１６に接続されている真空ポンプ（図示略）の能力
と、真空ポンプまでの排気コンダクタンスにより決まる。
【実施例１】
【０００９】
クリーニングガスにはハロゲン系ガスとアミン系ガスの混合ガスを用いる。例えばこの
クリーニング時のハロゲン系ガスにＮＦ３を、アミン系ガスにＮＨ３を使用したときの処
理条件は次の通りある。
【００１０】
ＮＦ３ガス流量は１〜１００ｓｃｃｍ（ｃｃ／ｍｉｎ）、ＮＨ３流量は１〜１０００ｓ
ｃｃｍ、修理室７圧力は１〜２００Ｐａ、サセプタ６温度は３００〜９００℃、放電用電
極８への印可する高周波電力は２０〜１０００Ｗである。このクリーニング条件で処理を
行えば、通常ＮＦ３でエッチングされてしまう石英部品がエッチングされない。その反応
原理は次の通りである。
【００１１】
石英に燐がドーピングされた状態をＰＳｉＯとし、ＮＦ３とＮＨ３を添加した状態を次
式で表わす。
ＰＳｉＯ（石英）＋ＮＦ＋ＮＨ
これに放電エネルギーｅを加えると、プラズマ中でＳｉとＰは正電荷、ＯとＦは負電荷な
ので、ＳｉとＦ、ＰとＯが反応する。
ＰＳｉＯ（石英）＋ＮＦ＋ＮＨ＋ｅ  →  ＳｉＯ（石英）＋ＳｉＦ＋ＰＯ＋ＮＨ＋ＮＦ
ＳｉＦとＮＨとＮＦは気体であるので反応室外へ排気される。ＰＯは固体であるが、そ
の物性上１〜２００Ｐａの圧力帯域ではおおよそ５０℃以上で容易に昇華する。
【００１２】
ここでクリーニングすべきＰが無くなると、次のようになる。
ＳｉＯ（石英）＋ＮＦ＋ＮＨ＋ｅ  →  ＳｉＯ（石英）＋ＳｉＦ＋ＮＦ＋ＮＨ
→ＳｉＯ（石英）＋（ＮＨ）ＳｉＦ
ここで（ＮＨ）ＳｉＦが石英に付着すると、それ以上石英のエッチングが進まなくなる
。つまり石英のエッチング保護する役割がある。
【００１３】
この時点でクリーニング処理を終了する。すると、石英に付着している（ＮＨ）ＳｉＦ
は、その物性上接地されている。なお、いずれも図示を省略してあるが、処理室７は接地
され、ガス導入管２にはガス供給手段が接地され、ガス排気管１６には排気ポンプなどの
排気手段が接続されている。ガス供給手段が接続されたガス導入管２からガス導入系が構
成され、排気手段が接続されたガス排気管１６から真空排気系が構成される。
【００１４】
放電用電極８は、処理室７の中央のプラズマ生成領域としての空間を囲んでいる。また
、上下の永久磁石９は、処理室７の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持
ち、上下の磁石９の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士と
外周部の磁極同士が異極となっており、これにより、放電用電極８の内周面に沿って円筒
軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００１５】
図示略の基板搬送手段によって、処理室７内のサセプタ６上に基板５を搬送し、図示略
の真空ポンプを用いて処理室７内を真空に保持する、次に、その基板５をその処理に適し
た所定温度に加熱する。基板５の加熱には、例えば抵抗加熱ヒータを埋め込んだサセプタ
６を使用する。前記ヒータが加熱手段を構成する。
【００１６】
そして、まず燐ドーピング処理を行う過程を説明する。処理する下地膜にＰｏｌｙ−Ｓ
ｉで構成された下電極まで製作した基板５を用意する。基板５を所定温度に加熱したら、
ガス導入管２からガスシャワー板１のガス分散孔３を介して、燐ドーピング用ガスを処理
室７内の基板５の表面に向けてシャワー状に供給する。同時に筒状の放電用電極８に高周
波電力印加手段１０からインピーダンス整合器１１を介して高周波電力を印加する。そう
すると、永久磁石９の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、基板５の上方空間
に放電で生じた電荷を補足して高密度プラズマが生成される。生成されたプラズマにより
、サセプタ６上の基板５の表面からＰｏｌｙ−Ｓｉ下地膜に燐がドーピングされる。ドー
ピング処理が終わった基板５は、搬送手段を用いて処理室７外へ搬送される。なお、処理
室７内のガス圧力は、ガス導入管２より導入されるドーピング処理用ガスの流量と、ガス
排気管１６に接続されている真空ポンプ（図示略）の能力と、真空ポンプまでの排気コン
ダクタンスにより決まる。
【００１７】
このドーピング処理を行うことで、処理室７の内壁、特に内壁の温度が３００℃以下の
低温領域に燐化合物が付着する。処理室７の構成部品の材質を石英にすることでかなりの
燐化合物の付着は抑えられるが、十分ではない。確実に石英部品にも燐化合物は堆積する
。そのままの状態で幾度もドーピング処理を施していると、次第に堆積物の付着量が増え
、これがパーティクルとして基板に落下し、これが半導体装置の信頼性を低下させる原因
となる。従ってパーティクルで検出される前に、この燐化合物を除去する必要が出てくる
。
【実施例２】
【００１８】
実施例２は、実施例１のクリーニング処理についてＮ２ガスを追加して導入するでけで
、他は同一である。処理条件は次に記載する。
【００１９】
ＮＦ３ガス流量は１〜１００ｓｃｃｍ（ｃｃ／ｍｉｎ）、ＮＨ３流量は１〜１０００ｓ
ｃｃｍ、Ｎ２は１〜１０００ｓｃｃｍ、処理室７圧力は１〜２００Ｐａ、サセプタ６温度
は３００〜９００℃、放電用電極８への印可する高周波電力は２０〜１０００Ｗである。
このクリーニング条件で処理を行えば、実施例１よりも、更に速度を上げた燐のクリーニ
ングが可能となる。その反応メカニズムは次の通りである。
【００２０】
石英に燐がドーピングされた状態をＰＳｉＯとし、ＮＦ３とＮＨ３とＮ２を添加した状
態を、次式で表す。
ＰＳｉＯ（石英）＋ＮＦ＋ＮＨ＋Ｎ
これに放電エネルギーｅを加えると、実施例１と同様にプラズマ中でＳｉとＰは正電荷
、ＯとＦは負電荷なので、ＳｉとＦ、ＰとＯが反応する。さらに加えてＮがＯと反応する
。
ＰＳｉＯ（石英）＋ＮＦ＋ＮＨ＋ｅ  →  ＳｉＯ（石英）＋ＳｉＦ＋ＰＯ＋ＮＨ＋Ｎ＋
ＮＯ＋ＮＦ
ＳｉＦとＮＨとＮとＮＯとＮＦは気体であるので処理室外へ排気される。ＰＯは固体で
あるが、その物性上１〜２００Ｐａの圧力帯域ではおおよそ５０℃以上で容易に昇華する
。
またＮＯが生成された石英内のＯがより多く消費されるため、表面エッチング速度が前
記ＮＦ３とＮＨ３の混合ガスで処理した時よりも速くなる。
【００２１】
ここでクリーニングすべきＰが無くなると、次のようになる。
ＳｉＯ（石英）＋ＮＦ＋ＮＨ＋Ｎ＋ｅ  →  ＳｉＯ（石英）＋ＳｉＦ＋ＮＦ＋ＮＨ＋Ｎ
＋ＮＯ  →ＳｉＯ２（石英）＋（ＮＨ）ＳｉＦ＋Ｎ＋ＮＯ
【００２２】
ここでも実施例１と同様に（ＮＨ）ＳｉＦが作られ、石英を保護する付着物として働く
ため、最終的には次の様になる。
【００２３】
ＳｉＯ（石英）＋ＮＦ＋ＮＨ＋Ｎ＋ｅ  →  ＳｉＯ（石英）＋（ＮＨ）ＳｉＦ
このようになり、これ以上、石英のエッチングは進まなくなる。
【００２４】
この時点でクリーニング処理を終了する。石英に付着している（ＮＨ）ＳｉＦは、その
物性上およそ１００℃以上の加熱により、容易に昇華するので、その結果、石英だけが残
ることになる。これにより石英をエッチング抑制し、かつ燐化合物を実施例１よりもエッ
チング速度を上げてクリーニングする処理が可能になる。
【００２５】
図３に、従来のクリーニング方法と、実施例１のクリーニング方法でのエッチング速度
を測定した結果を示す。
【００２６】
ＮＦ３単独ガス（従来）とＮＦ３＋ＮＨ３混合ガス（実施例１）使用時の石英のエッチ
ングレートは、前者の方が圧倒的に速く、ＮＨ３を添加することで石英は全くエッチング
されないことが分かる。なお、図中Ａ〜Ｉのアルファベットは、反応室の各部位の測定点
を示す記号である。
【００２７】
図４に実施例２のクリーニング方法と、実施例２のクリーニング方法でのエッチング側
を測定した結果を示す。
ＮＦ３＋ＮＨ３混合ガス（実施例１）とＮＦ３＋ＮＨ３＋Ｎ２混合ガス（実施例２）使
用時の燐エッチングレートは、後者の方が全体的に速いことが分かる。なお、図中Ａ’〜
Ｉ’のアルファベットは、反応室の各部位の測定点を示す記号である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】半導体装置の概略説明図
【図２】ＭＭＴ装置の概略説明図
【図３】ＮＦ３への添加ガス有り無しでの石英エッチング速度比較
【図４】ＮＦ３とＮＨ３へのＮ２ガス添加有り無しでのエッチング速度比較
【符号の説明】
【００２９】
１    ガス分散板
２    ガス導入管
３    ガス供給孔
４    真空容器
５    ウェーハ
６    サセプタ
７    処理室
８    筒状放電用電極
９    磁石
１０    高周波電源
１１    整合器
１２    インピーダンス可変器
１６    排気管
２１    上電極
２２    容量膜
２３    下電極
２４    燐ドーピング膜
【図１】
2005353958.tif 000003
【図２】
2005353958.tif 000004
【図３】
2005353958.tif 000005
【図４】
2005353958.tif 000006